[发明专利]一种提高SSD垃圾回收效率的方法

说明书

本发明公开了一种提高SSD垃圾回收效率的方法,其特征在于预先将每个die都分配若干block,将这些block强制转化为SLC模式,作为缓冲区,在垃圾回收时,将数据迁移块选择在与垃圾回收的目标块不同的die的缓冲区。通过引入该方案，使用cache read/write操作降低了顺序读写时的读时间和写时间，提高了读写带宽；使用SLC block作为存放有效数据的迁移块，利用SLC block相对于TLC block较低的读时间和写时间，提高迁移有效数据的速度；将数据迁移块选择在与GC目标块不同的通道die中，并行操作，充分利用每个通道die的读写带宽。

技术领域

本发明涉及存储技术领域，尤其涉及一种提高SSD垃圾回收效率的方法。

背景技术

由于NAND flash的固有特性，在写入program之前需要进行擦除erase操作，而且erase操作以块block为单位进行，写入是以页Page为单位进行，SSD使用过程中会产生碎片页，需要通过垃圾回收的方式回收失效页。2D MLC颗粒每个block只有256个page，而3D TLC颗粒每个block有768个page，在做垃圾回收GC时3D TLC颗粒的总操作时间远大于2D MLC颗粒SSD的总操作时间，所以造成使用3D TLC颗粒SSD面对HOST的平均响应时间和最大响应时间增大。

在释放一个GC目标块时，需要先将TLC block所有page的数据读出来，再将数据写入到新的数据迁移块，最后再释放GC目标块，进行erase操作。由于3D TLC颗粒本身特性，每个TLC block有768个page，而2D MLC每个block只有256个page，3D TLC颗粒释放GC目标块时间远大于2D MLC颗粒SSD。

图1是现有3D TLC FLASH垃圾回收流程，NAND Flash颗粒具有写前擦除的特性，这样导致大量碎片化的无效页，为保证SSD的正常使用，需要对无效页进行垃圾回收操作，即擦除选定的目标块以供用户再次使用。由于NAND flash的读写颗粒度(以page为单位)和擦除颗粒度(以block为单位)不一样，在擦除一个block之前，需要先将有效数据搬移到新block。主机通过文件系统访问SSD，SSD上设有闪存转换层FTL与文件系统进行交互，闪存转换层FTL上一般设有缓存管理模块、地址映射模块和垃圾回收GC模块。一次完整的GC操作包括三个步骤：1选择需要回收的失效目标块；2迁移目标块中的数据到其他块中；3擦除目标块。

图2是现有3D TLC FLASH垃圾回收耗时估算示意图，以3D TLC颗粒为例，现在3DTLC颗粒SSD释放一个GC目标块时，需要先读出目标块中的数据，假设目标块中768个page数据都需要迁移，实测tR时间为70us，NAND flash接口使用Toggle DDR1.0400MT/s，那一个page中16KB数据传输时间为16KB/400MTps，Txfer等于40us，总读出时间为:Ttotal_r＝768×(Tr+Txfer)；现行GC方案中都是选择同一个层plane中的block作为有效数据迁移块，所以在向迁移块中写数据时占用的是同一个通道die的带宽，实测TLC block写操作时间Tprog为806us，总写入时间为：Ttotal_prog＝768×(Tprog+Txfer)；这样可以算出3D TLC释放一个GC目标块的总时间为：Ttotal＝Ttotal_r+Ttotal_prog＝734ms。

图3是现有2D MLC FLASH释放一个目标块的总时间估算示意图，以TOSHIBA15nm2D MLC为例，tR为50us，Tprog为1400us，而每个block中只有256个page，Ttotal_r、Ttotal_prog、Ttotal分别为:

Ttotal_r＝256×(Tr+Txfer)；

Ttotal_prog＝256×(Tprog+Txfer)；